嵌入式第四十篇——网络编程

一、网络分层模型

OSI七层模型(理论参考模型)

  • 应用层:直接面向用户应用,提供网络服务如邮件、文件传输、网页访问。
  • 表示层:处理数据格式转换、加密/解密,解决不同主机间的数据兼容问题。
  • 会话层:管理进程间会话的建立、维护和终止,协调通信时序。
  • 传输层:实现端到端可靠/不可靠传输(如TCP/UDP),负责流量控制和差错恢复。
  • 网络层:通过IP地址寻址和路由选择实现跨网络通信(如IP协议)。
  • 数据链路层:管理相邻节点的帧传输(MAC寻址、差错控制),分为LLC和MAC子层。
  • 物理层:定义电/光信号传输的机械和电气特性(如双绞线、光纤)。

TCP/IP四层模型(实际应用)

  • 应用层:合并OSI的应用层、表示层、会话层,协议包括HTTP、DNS、FTP。
  • 传输层:对应OSI传输层,核心协议为TCP(可靠)和UDP(高效)。
  • 网络层:对应OSI网络层,协议包括IP、ICMP、RIP/OSPF(路由协议)。
  • 接口层:合并OSI数据链路层和物理层,协议如ARP(IP转MAC)、RARP。

二、核心协议功能

应用层协议

  • HTTP:网页数据传输。
  • DNS:域名解析为IP地址。
  • FTP/TFTP:文件传输(FTP支持认证,TFTP轻量无认证)。

传输层协议

  • TCP:面向连接,保证数据可靠传输(三次握手、流量控制)。
  • UDP:无连接,低延迟,适用于实时应用(如视频流)。

网络层协议

  • IP:基于逻辑地址的路由选择和数据包转发。
  • ICMP:网络诊断工具(如ping、traceroute)。
  • RIP/OSPF:动态路由协议,自动更新路由表。

接口层协议

  • ARP:解析局域网内IP对应的MAC地址。
  • RARP:反向解析(现已被DHCP替代)。

三、IP地址与配置

IP地址结构

  • IPv4:32位地址,分网络位和主机位(如192.168.1.0/24)。
  • IPv6:128位地址,解决IPv4耗尽问题(如2001:0db8::1)。

Linux网络配置

  • 永久配置 :修改/etc/network/interfaces,设置静态IP、子网掩码、网关后重启服务。
  • 临时配置 :使用ifconfig ens33 192.168.0.13/24 up立即生效,重启后失效。

常用命令

  • ifconfig:查看或配置网卡信息。
  • ping:测试网络连通性(基于ICMP)。
  • netstat -anp:监控网络连接和端口状态。

四、关键网络概念

Socket与端口

  • Socket是IP地址和端口号的组合,唯一标识通信端点。
  • 端口范围:1-1023(系统预留),1024-65535(用户应用)。

字节序

  • 网络字节序为大端(高位在前),主机字节序通常为小端(x86/ARM架构)。

DHCP

  • 自动分配IP、子网掩码、网关等参数,减少手动配置成本。
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